基于单片机的点阵式LED滚动汉字显示屏仿真设计

     　1.引言

　　点阵式LED组成的汉字显示屏在公共场所应用非常广泛。例如，车站发车时间提示、股票大厅中的股票价格显示板、商场的活动广告栏、候机厅的起飞时间表。点阵显示器的特点是可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，用单片机控制实行各种文字或图型的变化，达到广告宣传和提示的目的。

　　Proteus是一款新颖的嵌入式系统软硬件设计仿真平台，特别适用于单片机仿真，能够在线、实时仿真多种类型的单片机，诸如MCS-51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机等，能够像硬件仿真器一样进行软硬件调试，而没必要花钱去购买和维护价格不菲的仿真器，对于初学单片机的人来说，既减少了学习成本，又达到了良好的学习效果。

　　2.硬件电路设计

　　点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路设计框图如图1所示。电路包括单片机、电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和LED点阵电路等。本设计的核心是利用单片机读取显示字型码，通过驱动电路对16×16 LED点阵进行动态列扫描，以实现汉字的滚动显示。本设计选用的单片机为ATMEL公司的AT89C52，显示屏采用16×16 LED点阵。电源电路通过变压整流元件为单片机和其他电路提供稳定的+5V工作电压。时钟电路是单片机的驱动电路，复位电路可在需要时，手动使单片机程序计数器复位清零。通过阳极驱动电路向16×16点阵送字型码，本设计采用74LS273。通过阴极驱动电路对16×16点阵进行列扫描，本设计采用74HC138。

图1 硬件电路设计框图

　　利用Proteus软件设计点阵式LED滚动汉字显示屏硬件电路原理图如图2所示。在Proteus软件中，单片机模型本身包含了工作电源和可改变的工作频率，因此在仿真时无需设计电源电路和时钟电路。需要说明的是在Proteus软件目前版本中还没有16×16点阵模块，本设计中采用Proteus软件中现有的8×8点阵模块组合成一个16×16点阵模块。从图2中可以看出，16×16点阵的阳极驱动由P0口经输出缓冲器74LS273构成，在本设计中需要用两片，分别送出上8行和下8行的字型码。16×16点阵的阴极驱动由P2口经74HC138译码后动态扫描16×16点阵的各列，本设计中需要四片74HC138译码器，循环扫描各列，显示一个完整的汉字需要扫描32次。RP3为排阻，含有8个电阻，作P0口各位的上拉电阻，以保证P0口能够输出高电平。复位电路的作用是，在任何时刻可以手动复位单片机，使程序重新执行。

图2.硬件电路原理图

　　3. 软件设计

　　AT89C51单片机是8位机，每次只能送出8位数据，因此要向16×16点阵送出16行阳极驱动，需要送两次，或先送上8行，或先送下8行，为了能够实现每一列字型码的完整显示，采用74LS273进行锁存，否则会出现字型残缺现象。根据设计要求并结合图2的硬件连接进行程序设计，程序设计流程图如图3所示。

　　利用单片机C语言实现“2008北京欢迎您!”10个字的滚动显示，阿拉伯数字和标点符号按16×8点阵编码，汉字按16×16点阵编码， “2008北京欢迎您!”字型码表如下：

　　{0x00,0x00,0x0C,0x1C,0x10,0x24,0x10,0x24,0x10,0x44,0x10,0x84,0x0F,0x0E,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x08,0x10,0x04,0x10,0x04,0x08,0x08,0x07,0xF0,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x07,0xF0,0x08,0x08,0x10,0x04,0x10,0x04,0x08,0x08,0x07,0xF0,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x0E,0x38,0x11,0x44,0x10,0x84,0x10,0x84,0x11,0x44,0x0E,0x38,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x0E,0x04,0x08,0x0C,0x08,0x0C,0x08,0x08,0x08,0x10,0xFF,0xFE,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x3F,0xFC,0x41,0x02,0x42,0x02,0x06,0x02,0x0E,0x06,0x0C,0x0C,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x20,0x04,0x20,0x08,0x27,0x98,0x24,0xB0,0x24,0x82,0xA4,0x81,0x64,0xFE},

　　{0x24,0x80,0x24,0x80,0x24,0xA0,0x27,0xB0,0x60,0x1C,0x20,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00},

　　{0x28,0x04,0x24,0x08,0x22,0x32,0x21,0xC2,0x26,0xC2,0x38,0x34,0x04,0x04,0x18,0x08},

　　{0xF0,0x30,0x17,0xC0,0x10,0x60,0x10,0x18,0x14,0x0C,0x18,0x06,0x10,0x04,0x00,0x00},

　　{0x02,0x02,0x82,0x04,0x73,0xF8,0x20,0x04,0x00,0x02,0x3F,0xE2,0x20,0x42,0x40,0x82},

　　{0x40,0x02,0x3F,0xFA,0x20,0x02,0x20,0x42,0x20,0x22,0x3F,0xC2,0x00,0x02,0x00,0x00},

　　{0x01,0x00,0x02,0x04,0x0C,0x1C,0x3F,0xC0,0xC0,0x1C,0x09,0x02,0x16,0x02,0x60,0x92},

　　{0x20,0x4A,0x2F,0x82,0x20,0x02,0x24,0x0E,0x22,0x00,0x31,0x90,0x20,0x0C,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x00,0x08,0x1F,0xDC,0x3F,0x08,0x3C,0x00,0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},

　　{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}。

(a)主程序流程图                    (b)中断服务程序流程图

图3. 程序流程图

　　动态扫描显示程序代码如下：

　　while (1)

　　{for (i=0;i<8;i++) //显示左半边屏幕

　　{ P0=*(p+offset+2*i);

　　P2=i|0x90; //P2.4=1,P2.3=0 选中U3, 输出扫描码给U7

　　delay();

　　P0=*(p+offset+2*i+1);

　　P2=i|0x08; //P2.4=0,P2.3=1 选中U2, 输出扫描码给U6

　　delay(); }

　　for (i=8;i<16;i++) //显示右半边屏幕

　　{ P0=*(p+offset+2*i);

　　P2=(i-8)|0xC0; //P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 选中U5,输出扫描码U9

　　delay();

　　P0=*(p+offset+2*i+1);

　　P2=(i-8)|0x20; //P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 选中U4,输出扫描码U8

　　delay();

　　} }

　　4. 调试与仿真

　　Proteus仿真时，单片机需要加载程序，加载程序为.HEX文件。本设计利用Keil μVision2， 在新建Keil项目时选择AT89C52单片机作为CPU，将C语言源程序导入，在“Options For Target”对话窗口中，选中“Output”选项中的“Create HEX File”，编译链接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，选中AT89C52并单击鼠标左键，对AT89C52进行设置，设置单片机时钟频率为12MHz，按照正确的文件路径加载.HEX文件。对单片机设置完毕后就可以开始仿真了。仿真过程中如有硬件问题可在Proteus ISIS中直接修改，如有软件问题可在Keil μVision2中直接修改，通过Keil与Proteus的联合调试就可以得到满意的结果。本设计的仿真结果如图4所示。

图4. 仿真结果

　　5.结论

　　利用Proteus实现了对点阵式LED滚动汉字显示屏的仿真，完成了“2008北京欢迎您!”10个字的滚动显示，达到了良好的设计效果。该仿真电路接近实际电路，可以直接由该电路利用相关软件设计印制电路板，加上电源电路和时钟电路，就可以制作出实际的点阵式LED滚动汉字显示屏。通过前期仿真缩短了开发周期，降低了开发成本，达到事半功倍之成效。

　　6.本文作者创新点

　　本文作者创新点在于：在深入研究嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus的基础上，成功完成了对点阵式LED滚动汉字显示屏的设计仿真，为单片机设计开发提供了一种新的方法和手段。